(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光励起された蛍光材料の蛍光から温度信号を生成する蛍光温度センサであって、
前記蛍光材料に投光する投光素子と、前記蛍光材料が発する蛍光を受光する受光素子と、該受光素子と前記投光素子の両方がモジュール部を介して内蔵された筐体と、該筐体と前記蛍光材料との間で前記投光素子が発する光と前記蛍光材料が発する蛍光との両方を伝達する光伝達媒体と、該光伝達媒体を前記筐体に接続するコネクタとを備え、
前記コネクタは、前記光伝達媒体が嵌入されてこれと一体を成すフェルールと、該フェルールに外挿されて該フェルールを軸方向にスライド自在に保持するガイド部材と、該フェルールを端部に向かって付勢する付勢手段とを有し、
前記筐体は、前記モジュール部が嵌着される内部空間と、該内部空間に連通し前記フェルールが挿通される挿通部と、前記コネクタが連結されるコネクタ受け部とを有し、
前記モジュール部は、前記投光素子および前記受光素子が同一平面上に並設される基板と、該基板上の該投光素子および該受光素子を覆うと共に前記内部空間に嵌着するように形成されたケーシングと、該ケーシングの天井部分に嵌め込まれ、該投光素子および該受光素子と前記挿通部との間で該投光素子および該受光素子に対向する窓部とを有し、
前記コネクタと前記コネクタ受け部とが連結されることにより、前記フェルールが挿通部に挿通され該フェルールの先端が前記付勢手段により前記窓部に接触した状態において、前記投光素子が発する光が前記光伝達媒体内に採光されると共に前記蛍光材料が発する蛍光が該光伝達媒体内から前記受光素子に照射されることを特徴とする蛍光温度センサ。
【請求項２】
請求項１記載の蛍光温度センサにおいて、
前記光伝達媒体が光ファイバであって、前記状態において、前記投光素子の指向特性の範囲内に該光ファイバのコアが位置すると共に、該光ファイバの開口角の範囲内に前記受光素子が位置することを特徴とする蛍光温度センサ。
【請求項３】
請求項１記載の蛍光温度センサにおいて、
前記光伝達媒体が光ファイバ素線を複数束ねた光ファイババンドルであって、前記状態において、前記投光素子の指向特性の範囲内に、該光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線のコアが位置すると共に、該光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線の開口角の範囲内に前記受光素子が位置することを特徴とする蛍光温度センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光励起された蛍光材料の蛍光から温度信号を生成する蛍光温度センサに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、この種の蛍光温度センサとしては、特許文献１に示すように、投光素子としての光源と受光素子とが空間的に分離してなるものが知られている。かかる蛍光温度センサでは、一方が蛍光材料に対向する光ファイバに、ハーフミラーやダイクロックミラーを介して光源からの光を照射すると共に、蛍光材料が発する蛍光をハーフミラーやダイクロックミラーを介して受光素子に照射する。
【特許文献１】米国特許第５４７０１５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来の蛍光温度センサでは、光ファイバに光源の光を照射させるための調整（光ファイバに対する光源のアライメント）と、蛍光材料から光を受光素子に照射するための調整（光ファイバに対する受光素子のアライメント）との２回のアライメントを行わなければならない。また、ハーフミラーやダイクロックミラーを用いるため、これらの角度の調整も必要となる。そのため、製造過程が複雑となり生産性が低下すると共に製品のコストが嵩むという不都合がある。
【０００４】
そこで本発明は、上記の事情に鑑みて、簡易な調整により確実に光を伝達させることができる蛍光温度センサを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第１発明の蛍光温度センサは、光励起された蛍光材料の蛍光から温度信号を生成する蛍光温度センサであって、
前記蛍光材料に投光する投光素子と、前記蛍光材料が発する蛍光を受光する受光素子と、該受光素子と前記投光素子の両方がモジュール部を介して内蔵された筐体と、該筐体と前記蛍光材料との間で前記投光素子が発する光と前記蛍光材料が発する蛍光との両方を伝達する光伝達媒体と、該光伝達媒体を前記筐体に接続するコネクタとを備え、
前記コネクタは、前記光伝達媒体が嵌入されてこれと一体を成すフェルールと、該フェルールに外挿されて該フェルールを軸方向にスライド自在に保持するガイド部材と、該フェルールを端部に向かって付勢する付勢手段とを有し、
前記筐体は、前記モジュール部が嵌着される内部空間と、該内部空間に連通し前記フェルールが挿通される挿通部と、前記コネクタが連結されるコネクタ受け部とを有し、
前記モジュール部は、前記投光素子および前記受光素子が同一平面上に並設される基板と、該基板上の該投光素子および該受光素子を覆うと共に前記内部空間に嵌着するように形成されたケーシングと、該ケーシングの天井部分に嵌め込まれ、該投光素子および該受光素子と前記挿通部との間で該投光素子および該受光素子に対向する窓部とを有し、
前記コネクタと前記コネクタ受け部とが連結されることにより、前記フェルールが挿通部に挿通され該フェルールの先端が前記付勢手段により前記窓部に接触した状態において、前記投光素子が発する光が前記光伝達媒体内に採光されると共に前記蛍光材料が発する蛍光が該光伝達媒体内から前記受光素子に照射されることを特徴とする。
【０００６】
第１発明の蛍光温度センサによれば、光伝達媒体内に投光素子が発する光が照射されると共に、蛍光材料が発する蛍光が光伝達媒体内から受光素子に照射される位置で、光伝達媒体と筐体とが接続される。そのため、投光素子と光伝達媒体とのアライメントおよび受光素子と光伝達媒体とのアライメントが不要となり、筐体内における受光素子と投光素子との適切な配置という簡易な調整により確実に光を伝達させることができる。
【０００７】
第２発明の蛍光温度センサは、第１発明の蛍光温度センサにおいて、前記光伝達媒体が光ファイバであって、前記状態において、前記投光素子の指向特性の範囲内に該光ファイバのコアが位置すると共に、該光ファイバの開口角の範囲内に前記受光素子が位置することを特徴とする。
【０００８】
第２発明の蛍光温度センサによれば、光伝達媒体が単一の光ファイバである場合に、投光素子の指向特性の範囲内に該光ファイバのコアを位置させることにより、コア内に投光素子が発する光を照射させることができる。一方、該光ファイバの開口角の範囲内に受光素子を位置させることにより、蛍光材料が発する蛍光を受光素子に照射させることができる。以上のような筐体内における投光素子と受光素子との適切な配置という簡易な調整により、単一のファイバを用いた場合にも、確実に光を伝達させることができる。
【０００９】
第３発明の蛍光温度センサは、第１発明の蛍光温度センサにおいて、前記光伝達媒体が光ファイバ素線を複数束ねた光ファイババンドルであって、前記状態において、前記投光素子の指向特性の範囲内に、該光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線のコアが位置すると共に、該光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線の開口角の範囲内に前記受光素子が位置することを特徴とする。
【００１０】
第３発明の蛍光温度センサによれば、光伝達媒体が光ファイババンドルである場合に、投光素子の指向特性の範囲内に該光ファイババンドルを構成する一部の光ファイバ素線のコアを位置させることにより、この光ファイバ素線のコア内に投光素子が発する光を照射させることができる。一方、該光ファイババンドルを構成する一部の光ファイバ素線の開口角の範囲内に受光素子を位置させることにより、蛍光材料が発する蛍光を受光素子に照射させることができる。以上のような筐体内における投光素子と受光素子との適切な配置という簡易な調整により、光ファイババンドルを用いた場合にも、確実に光を伝達させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明の一実施形態としての蛍光温度センサについて、図１〜図５を参照して説明する。
【００１２】
図１を参照して、本実施形態の蛍光温度センサの全体的な構成について説明する。蛍光温度センサは、温度によって異なる蛍光特性を示す蛍光材料１と、蛍光材料１に投光する投光素子２と、投光素子２を駆動する駆動回路３と、蛍光材料１が発する蛍光を受光する受光素子４と、受光素子４からの出力信号から対応する温度信号を生成して出力する信号処理回路５とを備える。信号処理回路５には電源６が接続されており、電源６により蛍光温度センサの作動に必要な電力が供給される。
【００１３】
また、蛍光温度センサは、蛍光材料１と投光素子２および受光素子４の間を結ぶ光伝達手段としての光ファイバ７と、投光素子２および受光素子４が内蔵される筐体８とを備える。
【００１４】
投光素子２は、特定の波長のＬＥＤ２１（図２参照）を備える。駆動回路３は、一回の計測におけるＬＥＤ２１の発光時間を、例えば、２ｍｓ〜５００ｍｓの間のいずれかの時間とするように、パルス電流をＬＥＤ２１に印加する。
【００１５】
受光素子４は、照射された光の光量（輝度）を測定するフォトダイオード４１（図２参照）を備える。信号処理回路５は、フォトダイオード４１によって測定された蛍光材料１の蛍光の減衰特性、特に蛍光緩和時間を計測する。そして、信号処理回路５は、これがあらかじめ備える蛍光緩和時間と蛍光材料１との関係式（データテーブルやマップ等を含む）から、蛍光材料１が存在する温度測定環境の温度を算出して出力する。
【００１６】
次に、図２を参照して、蛍光温度センサの具体的な構成について説明する。
【００１７】
蛍光材料１は、光ファイバ７の一端部を覆うように設けられた保護管１１の中に、光ファイバ７のコア部７ａ（図３参照）に対向するように配置される。
【００１８】
筐体８は、一端側に光ファイバ７が接続される接続手段としてのコネクタ受け部８１と、他端側にＬＥＤ２１およびフォトダイオード４１が内蔵された円筒形状のモジュール部９が嵌着する中空の内部空間８２とを備える。
【００１９】
コネクタ受け部８１は、光ファイバ７の他端側に取り付けられたコネクタ７１に対応する受け部であって、コネクタ受け部８１とコネクタ７１は、ＪＩＳ規格等によって定まる既存の規格のものであるため、これらの詳細な説明は省略する。
【００２０】
コネクタ受け部８１は、筐体８の外部の突出した筒状の締結部８４と、締結部８４の内周に形成された雌ネジ溝８５と、内部空間８２に連通すると共にコネクタ７１の先端が挿通される挿通部８６とを備える。一方、コネクタ７１は、光ファイバ７が嵌入されて一体を成すフェルール７２と、フェルール７２に外挿されてこれを軸方向にスライド自在に保持するガイド部材７３と、フェルール７２をその先端部に向かって付勢するコイルバネ７４と、ガイド部材７３の外周に形成された雄ネジ溝７５を備える。
【００２１】
モジュール部９は、基板９１上にＬＥＤ２１およびフォトダイオード４１が、光ファイバ７のコア部７ａ（図３及び図４参照）と後述する関係を有するように、所定の間隙を隔てて配置されている。基板９１の外方には底部９２が隣接しており、基板９１および底部９２を貫通するように複数の端子電極９３が設けられている。そして、各端子電極９３は、ＬＥＤ２１またはフォトダイオード４１に直接またはリード線９４を介して接続されている。
【００２２】
また、モジュール部９は、底部９２からＬＥＤ２１およびフォトダイオード４１を含む基板９１上を覆うようにケーシング９５が設けられており、ケーシング９５の天井部分に石英ガラスが嵌め込まれた窓部９６が形成されている。
【００２３】
次に、ＬＥＤ２１およびフォトダイオード４１と光ファイバ７との位置関係について説明する。
【００２４】
コネクタ７１のフェルール７２が、コネクタ受け部８１の挿通部８６に挿通されると、フェルール７２の先端が、内部空間８２に嵌着されたモジュール部９の窓部９６に接触する。そして、締結部８４により雄ネジ溝７５と雌ネジ溝８５とが締め上げられて、コネクタ７１とコネクタ受け部８１とが固定される。このとき、コイルバネ７４の付勢力によりフェルール７２の先端がモジュール部９の窓部９６に押し付けられた状態に保持される。
【００２５】
このようにして、筐体８と光ファイバ７とが接続された状態では、図３に模式的に示すように、光ファイバ７のコア部７ａに対向してＬＥＤ２１の発光部２１ａおよびフォトダイオード４１の受光部４１ａが配置される。具体的には、ＬＥＤ２１の指向特性の範囲２１ｂ内に光ファイバ７のコア部７ａが位置すると共に、光ファイバ７のコア部７ａによって規定される開口角θの範囲内にフォトダイオード４１の受光部４１ａが位置するように配置される。
【００２６】
これにより、図４に図３のＩＶ−ＩＶ線方向から見た部分断面図で示すように、筐体８と光ファイバ８とは、ＬＥＤ２１の発光部２１ａから発せられた光が光ファイバ７のコア部７ａ内に採光されると共に、蛍光材料１からの光がコア部７ａ内からフォトダイオード４１の受光部４１ａに照射される。
【００２７】
ここで、受光部４１ａにおいて蛍光材料１からの光強度を検出するにあたり、ＬＥＤ２１の発光部２１ａから発せられた光と蛍光材料１からの光との混合光を受光し、正しい蛍光強度を検出できない恐れがあるため、実用上はＬＥＤ２１を消灯した直後から、蛍光材料１からの光を検出するように構成することが好ましい。
【００２８】
このように、本実施形態の蛍光温度センサによれば、投光素子２としてのＬＥＤ２１と光伝達媒体である光ファイバ７とのアライメント、および受光素子４としてのフォトダイオード４１と光ファイバ７とのアライメントが不要となり、筐体８内に所定の間隔を隔ててＬＥＤ２１とフォトダイオード４１とを配置しておくことで、簡易な調整により投光素子２から蛍光材料１への投光および蛍光材料１から受光素子４への受光を確実に行うことができる。
【００２９】
尚、以上説明した実施形態では、光伝達媒体を単一の光ファイバ７によって構成したが、これに限定されるものではなく、図５に示すように、光ファイバ素線７０を複数束ねた光ファイババンドルであってもよい。この場合、ＬＥＤ２１の指向特性の範囲内に光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線７０のコア７０ａを位置させることにより、この光ファイバ素線７０のコア部７０ａ内にＬＥＤ２１の光を確実に照射させることができる。また、光ファイババンドルの少なくとも一部の光ファイバ素線７０の開口角の範囲内にフォトダイオード４１の受光部４１ａを位置させることにより、蛍光材料１からの光を受光部４１ａに確実に照射させることができる。
【００３０】
また、本実施形態では、所定の間隔を隔ててＬＥＤ２１とフォトダイオード４１とが配置されたモジュール部９を筐体８の内部空間８２に嵌着したが、これに限らず、筐体８に直接、ＬＥＤ２１とフォトダイオード４１と配置するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本実施形態の蛍光温度センサの全体構成図。
【図２】本実施形態の蛍光温度センサの具体的構成を示す説明図。
【図３】図２におけるＬＥＤおよびフォトダイオードと光ファイバと位置関係を示す図。
【図４】図３においてＩＶ−ＩＶ線方向から見た部分断面図。
【図５】図４の変更例における部分断面図。
【符号の説明】
【００３２】
１…蛍光材料、２…投光素子、３…駆動回路、４…受光素子、５…信号処理回路、７…光ファイバ、７ａ…コア部、８…筐体、９…モジュール部、２１…ＬＥＤ、２１ａ…発光部、４１…フォトダイオード、４１ａ…受光部、７０…光ファイバ素線、７０ａ…コア部、８１…コネクタ受け部（接続手段）、８２…内部空間。
【図１】
0005299812.tif 000002
【図２】
0005299812.tif 000003
【図３】
0005299812.tif 000004
【図４】
0005299812.tif 000005
【図５】
0005299812.tif 000006